基于GPS—RTK导航定位的变电站智能机器人寻迹方法研究

摘 要：变电站是整个电网的主要枢纽，为了确保变电站电气设备的安全运行，需要对变电站进行定期巡视。智能机器人在变电站的应用，有效减轻了人工巡检的负担，弥补了人工巡检的不足。传统的智能机器人导航定位方法大多采用磁导航，但磁导航系统在实际运用中经常出现机器人跑离既定轨道的现象，不利于变电站的安全稳定运行。GPS-RTK导航定位技术有着厘米级的精度、不受天气限制等优点，因此，文章变电站智能机器人寻迹方法上采用GPS-RTK导航定位技术，具体的研究方法如下。

关键词：GPS-RTK；导航定位；变电站；智能机器人；寻迹方法

前言

文章对GPS-RTK导航定位技术进行分析，并在此基础上研究变电站智能机器人寻迹方法，主要目的在于提高智能机器人运行的可靠性，以此保障变电站电气设备的安全运行，同时提高电网运行的稳定性。

1 变电站智能机器人传统磁导航寻迹方法

导航定位系统是变电站智能机器人的重要部分，直接关系到智能机器人的自主运行，智能机器人在获取到相关的信息后会进行直行、拐弯以及停止等动作，而导航便是提供给智能机器人既定路线信息的重要设备。目前，智能机器人导航系统大多使用的是磁导航方法，此方法从上世纪70年代起就已广泛运用于工业生产，在智能机器人应用的过程中，主要依靠磁条和RFID技术，其基础硬件磁轨道的铺设主要有以下几种方式：新修道路与原有道路需要铺设热缩管磁条、电缆盖板上铺设ABS磁条、转弯处用AGV磁带铺设。传统的磁导航寻迹方法在建设初期工程量较大、成本相对较高，且智能机器人后期的改造以及维护也很困难，在变电站应用现场经常出现智能机器人跑离既定轨道的现象，这说明磁导航寻迹方法在运行过程中精度不高，可靠性低，严重影响了智能机器人的正常运作。

2 GPS-RTK导航定位技术

GPS全球定位系统能实时提供全球任意位置，现如今被广泛应用于军事、民用等领域，其原理是对卫星发出的伪距信号，采用GPS接收机对信号进行解码，然后计算出地球上的绝对位置，从而获得定位信息。一般来说，GPS定位系统可以分为单点以及差分定位两种方式。单点定位会受到卫星、大气传播延迟等因素的影响，定位精度不高。差分定位又包括伪距以及载波相位实时动态差分（GPS-RTK）定位，其中GPS-RTK导航定位的技术原理是，实时处理两台接收机载波相位观测量的差分方法，两台接收机分别为基准站和移动站，基准站采集载波相位发给移动站计算坐标，此方法能有效提高定位精度，定位精度可达厘米级，且不受恶劣天气的干扰。

GPS-RTK技术即实时动态差分导航定位技术，由于其定位精度高，可靠性高，长期运行稳定性好，目前已经有应用于智能驾考系统的成功案例，在未来应用的领域将更加广泛，它可以进行海空导航、车辆引行及精密定位等，将GPS-RTK导航定位技术与电子地图相结合，可用于对各种车辆、飞行器等的调度和监控。

因此，在变电站智能机器人寻迹方法的研究过程中，可以充分利用GPS-RTK导航定位技术，确定智能机器人在变电站中的具体位置，对巡检道路进行识别，且自主寻迹行走，完成变电站的巡检工作。

3 GPS-RTK导航定位寻迹方法研究

3.1 硬件支撑

实时动态差分导航定位方法，需要两台GPS信号接收机作为硬件基础，分别为基准站和移动站，基准站可以架设在变电站主控楼楼顶，移动站安装于智能机器人内部。GPS-RTK导航定位系统中的基准站将采集的载波相位发送给移动站，移动站在收到基准站发出的改正数后才能进入差分定位状态，因此，基准站需要使用串口将定时发送的改正数通过无线的方式发送给移动站，移动站通过串口收到基准站的改正数即进入差分定位状态，然后，移动站根据接收到的卫星信号和基准站改正数解算出以经纬度表示的坐标系。

3.2 数据采集

對于智能机器人来说，变电站的巡检路线是固定的，在选取最佳路径之后，需要对巡检道路进行数据采集，形成基础数据，便于智能机器人进行路径判断。相比较磁导航方法中的磁导轨单一路线，GPS-RTK方法所采集的数据是针对整条巡检道路的，其基础数据主要包括道路两侧边缘的定点坐标位置，智能机器人可以在定点范围以内宽阔的巡检道路上任意行进，且精度可达厘米级，有效避免了跑离既定轨道的现象。

3.3 软件服务

在智能机器人监控后台，使用功能软件进行实时数据分析，实现对智能机器人的导航定位、控制等功能，包括设定最佳巡检路径，比较实时定位坐标数据与基础数据，判断是否在巡检道路内，设定靠近巡检道路边缘距离的报警值，设定多条正常行进的既定轨道，设定跑离巡检道路时返回最佳路径的动态参数，设定路径自适应功能等，有了更完善的软件服务，智能机器人的工作将更加顺畅。

3.4 变电站电子地图

在智能机器人监控后台添加“变电站电子地图”的功能应用，使用软件程序固化智能机器人的运动轨道，让智能机器人按照设定的轨道开展工作，当行驶靠近道路边缘时立即报警并调整方向，驶离既定路线时找回最佳路径，路径和运动轨迹通过地图的形式展示开来。变电站电子地图最大的优势是可以实现实时动态的轨迹跟踪，智能机器人的位置一目了然，其轨迹在电子地图上可以得到更简单明了的显示，且可以通过软件调取高精度的位置坐标信息，提高了工作效率。

4 推广应用前景

变电站一二次设备的安全可靠运行是电网稳定运行的前提，巡检是一项保证变电站正常运作的重要工作，智能机器人巡检弥补了许多运行人员巡检的不足，但传统的磁导航寻迹方法经常出现跑离既定轨道的问题，一旦出现问题，就需要专业维护，这就给工作人员增加了工作量。

伴随电网的快速发展，变电站的数量逐年增加，其中电压等级较高的变电站多数配置了智能机器人，GPS-RTK导航定位寻迹方法有望在广大配备智能机器人的变电站推广应用，一方面，可以解决跑离既定轨道的问题，另一方面，可以减小维护量，节约建设成本，还可以提高智能机器人工作的可靠性。新技术的推广应用必将带来巨大的效益，可谓前景广阔。

5 结束语

综上所述，相对于传统的磁导航寻迹方法来说，基于GPS-RTK导航定位的智能机器人寻迹方法技术成熟，精度更高，寻迹更精确，运动半径更大，灵敏度更高，具有较高的应用价值，可以解决传统方法出现的问题，有效提高智能机器人运行的可靠性，保障变电站一二次设备的安全运行。

参考文献

[1]谢黎明，姚晓燕，李广民，等.GPS定位系统在管线巡检中的应用研究[J].新技术新工艺，2010，16（3）：27-28.

[2]姚晓燕.巡线机器人GPS网络RTK定位系统在线路巡检中的应用研究[D].兰州理工大学，2010，22（9）：111-112.

[3]邬小华.GPS在室外地图构建上的应用探析[J].城市建设，2012，17（22）：67-68.

[4]郎咸龙.GPS-RTK技术在铁路测量中的应用与研究[J].科技视界，2014，22（10）：336-336.

[5]郑毅.GPS在移动机器人定位系统中的应用研究[D].南京理工大学，2011，16（33）：147-148.

作者简介：罗宏波（1989-），男，云南大理人，本科学历，毕业于昆明理工大学，助理工程师。